解决方案
通用联网监控解决方案
医院安防数字化解决方案


【方案背景】
 
一、医院安防应用现状
    迄今为止,安全防范系统在医院的应用已有十几年的历史了,一直以来它设计的重点均在贵重医疗设备安置处、药品库、流动人员聚集处。医院安防系统的建设是现代化医院建设的一个重要组成部分,也是医院安全、智能化管理的体现。
    纵观目前国内医院的安防系统项目,现状并不容乐观。卫生部的统计数据显示,目前我国卫生机构的总数为298408家。在“十一五”期间,国内80%的医院对其安防系统做了改造,其中70%的医院完成了内部监控网的改造。虽然,国内的很多医院都安装了视频监控、防盗报警等安防设备,但总的来说,大部分医院普遍存在着这样或那样的安全隐患。医院的安防能力还有待进一步的提高。目前,很多医院对安全防范系统建设花费了大量的投入,但比较遗憾的是这些安全防范系统很难发挥系统应有的安全保障以及智能化管理的作用。

二、现有安防系统所面临的问题
    根据我们对北京大部分三甲医院客户的走访,和医院的保卫处、基建处、信息中心等相关部门领导和负责人的深入沟通交流,对医院安防系统存在的主要问题做了如下总结:
(1)在项目建设初期,没有针对医院的需求进行总体设计;与医院的业务特点结合程度不够。比如说,不管是否是医院关注的重点,所有的监控点设计全部采用CIF或2CIF进行录像;摄像机的选择要么全部采用彩色的,要么全部采用红外一体的,监控点的设计没有针对性。
(2)录像回放的清晰度差,这是大部分医院保卫处反映的问题。发生警情事件后,调取的录像只能看到大概的情况,而无法看清细节。像**医院保卫处处长说的:“这(录像)根本达不到取证得目的”。据大部分调查结果,目前大部分医院采用的是CIF(352*288)的分辨率进行录像,只有部分医院采用或者部分采用4CIF(704*576)的录像。
(3)系统稳定性差,大部分医院目前使用的是PC式的硬盘录像机,因为是基于Windows操作系统,在系统运行1~2年后,会经常出现死机和中病毒情况。由于已过质保期,厂商要求的维修费用很高。
(4)电视墙上显示的图像会出现水波纹,强电干扰的现象。影响实时观察的图像质量。
(5)管理操作麻烦,这是现在医院普遍存在的问题。一般三级甲等医院监控点都在200个监控点左右,而且是分期建设;硬盘录像机品牌复杂,每次查找录像需要找到相应的硬盘录像机进行回放操作。但是医院相关领导也不可能全部时间都在监控中心。所以,分控中心的建设意义重大。
(6)扩展能力有限。医院客户反应;如果想在某个区域安装几台摄像机的时候,就会形成“牵一发而动全身”的尴尬情况,复杂的布线、矩阵的扩容、硬盘录像机的增加,非常麻烦。

三、 分析存在问题的原因
    针对上述目前存在的大部分问题,我们认为问题存在的原因是:
(1)安防系统已经走向数字化,由于信息的不对称,医院客户还是停留在传统模拟的方式。模拟监控由于受制于技术瓶颈,无法实现数字高清。
(2)安防工程商由于对网络设备的不熟悉,或者没有相应技术人员;所以,给医院客户推荐的还是传统模拟视频监控系统。
(3)国内安防厂商由于芯片技术的限制,还是停留在提供模拟视频监控的设备。和国外先进的数字安防存在差距。(从2010年开始国内厂商已经在转变)
(4)很少有厂商可以提供前端到后端一站式网络视频监控解决方案,这也是延缓安防数字化进程的一项主要原因。高清摄像机不等于高清视频监控。
(5)医院客户认知的缺陷,认为高清网络监控造价很贵。实际上,客户没有整体去考虑性价比,而仅仅拿一个局部去做对比。
对于上述问题存在的原因,我们用一句话来做总结:模拟监控是导致上述问题的主要因素,安防数字化是解决之道。

 【方案构成】

    对于安防数字化,我们的理解不是仅仅在后端将模拟视频进行数字录像,因为这还是停留在传统模拟监控的阶段,没有做实质性改变。我们对安防数字化的理解是:以客户为中心的定制化、数字高清、面向医院实际应用的网络视频监控系统。针对医院的实际应用,我们不是全盘否定模拟视频监控系统,我们提供的是一套混合式的视频监控解决方案。

一、系统架构图


二、前端视频采集系统
    医院是一个进出人员复杂、流动量大的公共场所,24小时全天候开放的特性使得医院随时都有可能发生意外事件,例如:医院经常遭遇职业医闹,病房里的财物被偷,甚至个别不法分子盗走婴孩等。医院监控点的主要分布为:
按照医院内部管理区域划分,医院安防监控的重点防护部位主要可以分为医疗区、医技区、后勤区、报警区、门禁区以及行政区:
医疗区包括候诊大厅、挂号收费窗口、病区过道、ICU、手术室、输液室、急诊大厅等;
医技区包括科研楼、中心实验室、药房、药库、CT、直线加速机、检验科等。
后勤区包括医院大门、主要建筑物出入口、医院围墙、院内道路、停车场、监控中心、信息中心等。
报警区包括挂号收费窗口、财务科、收费处、同位素、药房、库房、食堂仓库等;
门禁区包括院长办公室、ICU等重症监护室、手术室、放射源室、监控中心、信息中心、中心实验室、药房、药库、财务科、贵重仪器设备及资料存放处、挂号收费窗口等;
行政区包括楼梯走道、医患沟通场所、保卫科等。
    前端的视频采集时系统的“眼睛”,影响着整个系统的画面是否清晰;针对不同的地方需要选择不同的摄像机;传统的监控大部分采用模拟摄像机,衡量摄像机的清晰程度大部分使用线数(TVL)这个指标,但是模拟摄像机在同轴电缆传输的过程中容易收到强电磁场的干扰,影响画质;高清模拟摄像机在后端经硬盘录像机压缩后,分辨率比较低。因此,我们建议的数字安防,要求在前端摄像机输出的就是编码后的高清数字视频,我们衡量视频的清晰度是分辨率。所以对于重要的室内区域,需要配置130万像素数字红外一体,支持宽动态的摄像机,大厅范围比较广,地方采用720P的低照度高速球机,室外的围墙和重要出入口,使用可变倍的一体化摄像机。原先可用的模拟摄像机通过视频编码器或者混合式的网络硬盘录像机进行数字化改造。

三、视频传输专网系统
    视频的传输专网是要保证视频流的通畅,就类似于人体的“血脉”,需要保证不被堵塞,视频专网的建设不能和传统的数据网络混在一起。主要的设备包括:PoE接入交换机、光纤收发器、汇聚交换机、核心交换机,主干传输光缆,视频接入超五类非屏蔽双绞线。视频传输专网的建设需要考虑带宽、包转发率、背板带宽和组播及QoS技术。视频监控传输专网如果要求外网访问功能,需要做好安全防病毒措施,在专网系统中还需要增加防火墙,并配20路VPN提供相应的外网访问。传统的模拟视频监控需要布许多的同轴电缆、电源线、控制线等,在总控中心会集中所有的线缆,存在着安全隐患。目前市场上大部分会采用视频编码器的方式进行数字化改造,采用这样的方式同样存在着较复杂的布线,虽然线缆的数量减少大部分,但同时增加了一个故障点和供电设备。因此采用这种方式也不是很科学;我们使用的长距离的PoE交换机,所有前端的数字高清视频、控制信号、报警信号、声音、电源通过一根网线来替换传统所有的电缆。这样大大减少了故障点,也有利于系统后期的维护和稳定的运行。视频传输专网可以采用EPoN或者GPoN技术,也可以采用综合业务光传输网(UTN),根据行业客户的不同需求提供不一样的视频传输方案。

四、网络视频存储系统
    视频的存储是为了保证历史报警事件的查询,做好事后取证的重要作用。所以图像的分辨率至关重要,后端视频存储的设备主要包括:NVR(网络硬盘录像机)、DVR(硬盘录像机)、IP-SAN(网络阵列存储)、视频专用硬盘。设备的稳定性决定系统整体性能,所以后端视频的存储要求基于Linux嵌入式操作系统,图像的分辨率必须达到D1(720*576)以上,重要场所监控的分辨率在1280*720P、1280*1024和1600*1200百万像素的分辨率;保证录像回放细节的清晰度。硬盘的选择也非常重要,如果选择企业级硬盘,整体存储投入成本太大;如果选择PC硬盘,不能实现7*24小时不间断录像。因此,存储介质—硬盘需要选用针对视频录像专用的硬盘才行。

五、中央管理控制系统
中央管理控制系统就像是一个人的“大脑”,管理平台的可操作性及功能多少直接影响到整体系统是否对医院用户的价值大小。评价一套中央控制管理系统的好坏,主要考虑一下几点要素:
1、系统的负载能力;
2、人性化的设计界面;
3、多设备的集中统一管理;
4、平台系统的兼容性;
5、分布式集中存储和检索。
因此,我们在提供管理平台要求单台中央控制管理主机,可以管理16000路前端视频,512台NVR或者是DVR;提供独特的三屏界面输出(客户端画面实时浏览、电子地图报警界面、录像回放检索界面);可以集成周界报警、门禁、POS机、GIS及智能分析服务器;系统兼容Sony、松下、三洋、AXiS、晶睿、ACTi、海康威视等知名视频监控厂家产品;提供分布式存储和异地备份功能。

六、电视墙显示系统
    电视墙的显示系统关系到医院监控中心的形象,也是对重点区域的实时监控;传统的电视墙采用的是纯平模拟电视,这样电视墙设计,不仅达不到重要区域的重点监控,因为大部分采用的是21寸的模拟电视,而且占用了很大的空间。目前,电视墙的建设主要分为以下几种:DLP、LCD、CRT还有等离子电视等,我们认为DLP和等离子的造价过高,而且后期维护费用也很高,在医院的安防监控中心,我们不建议使用。CRT主要采用的是传统的模拟监控方式,是用线数来衡量清晰度,在安防数字化中必将被淘汰。因此,使用工业级液晶监视器是最好的选择,可以选择多个单屏显示,也可以选择窄边的液晶拼接大屏。如果在系统后端采用的是视频解码上墙模拟显示,前端的高清就没有任何意义。DID液晶屏不仅可以显示1080P高清视频,而且后期基本没有维护费用。

【案例特点】

    高清的视频不仅仅是在安防领域的应用,网络视频及语音处理系统已经深入到医疗业务的各领域,以实现医院远程手术直播、医院手术示教、医院影像数据库等多种的应用。

一、系统需求分析
    大部分三级甲等医院担负着医疗、教学等多项医务任务。目前的教学方法主要通过学生现场观摩的方法进行学习,即与操作医生、病人在同一个场所进行学习。由于病患人员多,现场环境对于组织学习和学习效果都会产生一定的负面影响。另一方面,过多的学生和病患在同一个诊室,会对病患造成情绪上的不安定。因此,从教学和医疗的要求来看,需要建立一个能改善现有教学和诊疗状况的、新的教学环境。
除了手术室这样重要场所,医院的重症监护室、门诊大厅、CT室、环境卫生垃圾处理区域、药房、药库、电力设备室等重要位置,这些地方都关系到医院安全及医患纠纷。需要进行特殊的安全防护。医院视频的应用就不仅仅权限于安防监控的应用,而且也涉及到像手术示教、远程会诊等医院的业务应用。
具体的需求如下:
1、 建立集中的学习课室,进行集中教学或分组教学;
2、 将诊室的现场场景和医疗结果传送到课室,供学习使用;
3、 提供语音通道,让学生与操作医生进行通话;
4、 支持录像回放;
5、 同时可进行多组现场教学(相同或不同内容),流媒体转发;
6、 重要区域需要安装紧急报警按钮和报警探测功能;
7、 所有视频分辨率要求达到1920*1080P 30帧,全实时高清视频。

二、系统概述与架构
    整套“网络视频及语音处理系统”主要由三个部分组成,即现场前端信息采集、网络视频传输、核心流媒体转发和存储、后端音视频终端。

    架构图:

三、系统组成
    系统的设计采用模块化组合的方法,把系统涉及到的各组成部分按功能分类为各种模块,系统按功能需求进行设计和各种模块的组合。这样的设计是针对医院用户不同的需求来制定的。

1、前端视音频信息采集系统
    手术室、诊疗室等各个重要区域是整个系统的信息源,其包括诊疗现场的视频图像和语音及报警信息,是手术教学中的主要元素。所以在前端监控区域安装网络高清PTZ摄像机、术野专用摄像机、高清网络视频编码器和IP语音对讲设备。现场网络高清摄像机将诊疗室中的全部场景,包括病患、医生、设备等影像全部传送到学习终端上。网络高清摄像机把现场实况影像进行实时芯片编码,通过视频专网传输。诊疗影像是主要的教学内容,本系统中利用诊疗机(B超机)上的标准视频输出端口,将诊疗影像通过高清视频编码器进行数字化H.264编码压缩后,通过网络传送到学习终端机上。
医生诊疗过程中与病患的交流语境也是真实现场再现的重要因素,同时作为教学使用,必须允许学生与教师之间可进行交流。因此在诊室中设置IP语音电话对讲终端,用于现场语音传送以及教学过程中的交互。语音中端必须保证不改变医生的操作规程,在诊室中安装硬件设备。
重症监护室等重要场所需要安装紧急报警按钮,和高清网络PTZ摄像机,同时配备IP语音对讲系统,相关部门可以提供家属探视或者远程探视服务。同时,想门诊大厅人员众多及负责的区域,也需要配置安装网络高清球机,可以看清细节。

2、网络传输系统
    视频网络传输时整个系统的枢纽,所有视频、语音、数据均通过网络设备实现端到端的传送。视频传输网络系统包括两个部分,即线缆和交换机。交换机完成数据的转发和管理工作。线缆完成传送数据信号,连接终端设备与交换机。本系统中传输线缆的标准是超五类非屏蔽双绞线。网络交换的设备需采用开放的系统设备和标准的器材,以保证系统的可维护性和更好的性价比。

3、流媒体转发和视频存储系统
    存储服务器和流媒体转发是整个系统的核心部分,其主要的功能是完成整个系统的管理、数据交换、视频流转发、视频存储等工作。主要包括语音对讲服务器和视频存储流转发服务器。语音服务器完成所有语音管理、服务,实现诊室的语音终端和学习终端的语音双向通讯。具体实现功能如下:
1、 自动建立教师和学习终端的连接,可以完成一个教师多组学习者之间的共同学习过程。
2、 控制语音的流动方向,如单向流动,保证在学生讨论过程中,不会把学生的声音传送到诊室,影响医生工作。
3、 通过质量保证,控制话路上的语音质量。

    视频存储和流转发服务器完成所有视频流的管理、分发、存储以及教学终端支持功能。所有视频流均通过它来接收(前端视频)和发送(学习终端)。主要功能如下:
1、 接收和管理视频流,每台服务器可同时接收64路的标清视频流,32路高清视频输入。
2、 视频流分发,将一个视频流分发到一个或多个学习终端上,或将多个视频流转发到同一个终端上,分发流数量受到网络带宽的限制。
3、 视频录像,根据要求完成视频录像,可同时对多路视频进行录像。
4、 用户管理,只有授权的终端用户能够进入学习系统,进行操作。
5、 学习终端支持C/S架构,主要应用程序存储在服务器上,终端用户安装客户端软件进行学习。

4、后端音视频管理终端系统
    后端音视频管理系统主要包括分组学习系统和会议教学系统两种:
    后端分组学习系统。分组学习系统用于小组学习。分组学习系统的主要关注点是显示图像要清晰、双向语音通讯,以及学习系统软件。分组学习系统包括视频终端和语音终端两个部分,视频终端由一台高性能PC机和一个显示终端构成,运行学习软件,并解码视频图像,通过显示设备显示出来。视频终端主要功能和设备要求包括:
1、 可以同时解决16路视频图像,允许学习者同时观看多个诊室的现场场景和诊疗影像(根据有效显示效果而定);
2、 通过软件界面自由选择诊室,控制场景放大或缩小;
3、 回放教学录像内容
4、 高清晰显示视频图像,采用显示设备分辨率大于1920*1080,对比度大于3000:1,亮度大于700cd/㎡;
5、 采用大屏幕显示,5-8人采用40英寸LCD液晶显示器,8-10人采用46-55英寸等离子电视;
6、 视频终端主机采用标准的PC,CPU:英特尔®;;酷睿™;;四核处理器,Q9650;2G内存,512M独立显卡,千兆网口。
    后端会议教学系统。会议教学用于集体学习,其功能与分组学习系统类似。系统主要组成部分包括语音终端、视频终端和显示系统。视频终端运行学习软甲,解码视频图像,由教师操作,功能与分组学习系统相同。语音终端用于诊室现场语音环境再现和与诊室医生的交互,功能与分组学习系统相同。根据集体教学人员的多少,可以将语音通过扩音机进行放大。显示可选用投影仪将视频终端的视频信号显示到超大面积屏幕上,以适应于多人学习的情况。

【总结】

安防数字化给用户带来的价值

一、工程施工简单,维护方便
    数字化安防系统采用网络数字化架构,前端高清网络数字摄像机只需要考虑网络接入就可以了,不需要在为视频线、控制线等繁杂的工序头疼,减少了故障节点。模拟监控系统的布线成本是网络视频监控系统的3倍,而且减少了电磁干扰的可能性,强大的网络功能更方便设备安装、调试,使整个系统的可靠性和稳定性大为提高。主干光纤网的建设在系统更新换代时还可以重复使用,具有更长的使用有效期。
    传统的数据传输距离只能达到100米,这是网络视频监控应用的瓶颈,有30%的摄像机位置离楼层交换机的距离会超过100米,室外的监控点也大部分会在200米或者距离更远,如果采用光纤收发器,不仅增加设备成本,也增加了多个故障点。这样的问题该如何解决?作为通讯领域国内的领导者,星网锐捷针对网络视频监控研发了长距离PoE接入交换机,我们保证在室内提供100M带宽150米传输距离和以太网供电;我们针对室外长距离的应用,提供250米10M的带宽接入和以太网供电,针对室外我们提供工业级宽温度的交换机;我们提供成对1000米的超远距离传输。针对视频流的实时性和高转发率,我们研发专用的视频监控核心交换机,我们针对视频存储的特性,提供存储专用的千兆交换机。对于视频传输专网,我们是专家,我们保障着“血液”顺畅的流动。我们做到的是真正的即插即用,网管式的远程可视化维护管理。

二、高清晰的图像画质,但是高清摄像机不等于高清视频监控
    传统的视频监控里面的高清是指D1或者4CIF的录像分辨率,但是网络视频监控目前可以实现720P,1080i,1080P或更高的视频百万像素高清,让安防的视频对每个细节能看得更清楚。高清的视频可以提供更多的人数统计、周界智能报警等多种业务的智能应用。彻底摆脱模糊的视频图像,达到真正的取证作用。  
    但是,有一个这样的问题,前端的视频高清,是不是意味就是高清监控?我们认为高清需要各个系统都能提供全面的配合,任何一个细节的忽略,都会影响系统的高清。前端的高清意味着要保证高图像分辨率,高帧数,低码流和以太网传输;视频会议专用摄像机,提供高分辨率和高帧率的视频流,但是不是基于以太网传输,所以不是。车牌抓拍的数码摄像机不是高清视频监控摄像机,因为它是基于MJEPG的压缩,提供高码流,低帧率,高清图片的摄像机。我们认为的高清视频监控摄像机,需要满足1280*720P 25帧以上,2M码流传输带宽。或者是1280*1024 百万像素18帧以上,3M码流的传输带宽。如果高清视频监控摄像机提供了优质的视频图像,但是需要占用5M以上或者8M的带宽,这样的高清是无法被市场所接受的。因为,这不仅仅是增加了网络传输设备的性能,同时大幅度增加了后端存储的成本。所以高码流的视频图像不是高清视频监控。

三、基于H.264的低码流传输和存储优势
    目前很多用户都会认为高清视频监控附加的是高码流的传输压力和存储压力,但我们所采用的720P和百万像素的高清网络摄像机是基于标准的H.264算法,在完成720P百万像素全实时成像的时候只需要1.5-2Mbps的低码流,1280*1024也仅需要3Mbps的码流,对于医院系统来说,这样的码流在网络传输上已经非常成熟,大部分交换机到桌面是100M带宽,主干上传是1000M的光纤,因此视频的传输所需的带宽是可以完全满足的。同样存储压力也并没有因为前端是高清摄像机而提升,我们采用了图像裁剪和帧数自动调节及前端SD存储等功能。如果不是基于H.264的低码流压缩,如果前端高清的视频压缩是5M-8M的视频流,后端存储的成本不仅仅是硬盘数量的增加,而是存储服务器性能成倍的提升。这样高的系统造价是无法被客户接受的。

四、 可扩展性强
    数字化安防所带来的后期扩展是最经济的,因为相对传统模拟视频监控,增加监控点意味着复杂的布线施工,矩阵的扩展,硬盘录像机和硬盘的增加;采用网络视频监控,你只需要在想要增加监控点的区域,安装上网络摄像机即可,就近接入以太网,在后端管理平台上做一些设置和添加工作即可。

五、高稳定的监控系统,极简便的操作界面
    采用数字化安防,所有的监控信息都在视频监控专网里面传输,各个相应业务部门,比如说保卫处、信息中心、医药处、院长办公室等通过权限分配,就可以很方便的设置分控中心或指挥中心。监控中心,通过液晶显示大屏监控重点区域,采用一台中央控制管理主机,三屏实时显示(客户端视频实时浏览、电子地图和报警界面、录像回放独特搜索界面),一目了然,掌控全局。
    当国内第三方视频管理平台的迅速发展,我们看到的是各式各样软件管理模块:存储管理单元、流媒体转发单元、电视墙显示管理单元、中央认证服务单元、目录服务管理单元、报警联动单元、智能分析管理单元等我们看到是复杂的软件安装和配置,需要按照要求购置存储服务器、流媒体管理服务器、视频工作站、客户端电脑、IP-SAN、解码卡、工控机,我们需要为每台设备安装Windows 操作系统。这样繁琐的工作和系统是不适合市场需求的,我们认为,简单决定一切;我们认为数字化的安防需要硬件化,客户需要傻瓜式直观的操作界面,我们认为核心的视频存储和流媒体转发需要基于嵌入式的操作系统。我们要保证系统的安全稳定。



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